HXD3型電力機車停車制動裝置故障原因分析與對策

1、HXD3型電力機車彈簧停車制動裝置故障原因分析與對策摘 要 HXD3型機車是我國目前廣泛運用的大功率交流傳動六軸7200kW干線電力機車，自2007年投入運用以來多次發(fā)生機車彈簧停車制動裝置故障導(dǎo)致運用機車輪對擦傷剝離，嚴(yán)重影響機車正常運用和輪對使用壽命。本文從HXD3型機車彈簧停車制動裝置設(shè)計原理、控制系統(tǒng)及運用條件出發(fā)，深入分析了彈簧停車制動裝置動作導(dǎo)致輪對擦傷剝離的原因，提出了解決措施和方案，通過實施取得了良好效果。關(guān)鍵詞 HXD3 彈簧制動停車 原因 分析 對策0 引言HXD3型電力機車1、6軸加裝有UF型復(fù)合型制動缸，該型制動缸集成了氣動力驅(qū)動的帶有單向間隙調(diào)整器的常用制動缸以及垂直

2、安裝的、彈簧力驅(qū)動的停放制動缸，具有占用空間小、便于集中控制等優(yōu)點。但在實際運用中，因機車彈簧停車制動裝置設(shè)計、操作等方面存在一些缺陷，頻繁發(fā)生機車彈簧停車制動裝置動作導(dǎo)致運用機車輪對嚴(yán)重擦傷、剝離，多次造成臨修、區(qū)停，嚴(yán)重影響了機車的正常運用和HXD3型機車輪對使用壽命，已成為影響HXD3型運用安全的一個關(guān)鍵問題。1 問題的提出1.1 彈簧停車制動裝置動作導(dǎo)致輪對擦傷情況統(tǒng)計我們對安康機務(wù)段配屬的HXD3型機車2009年5月份至2010年2月份期間機車彈簧停車制動裝置（簡稱彈停裝置，下同）動作導(dǎo)致輪對擦傷情況進(jìn)行了統(tǒng)計匯總，具體情況見表1。表1：彈簧停車制動裝置動作導(dǎo)致輪對擦傷情況統(tǒng)計表序號

3、機車號日期故障情況處理方法備注1HXD3027209-5-3D1、6輪對踏面剝離鏇修補機2HXD3027809-5-6D1、6輪對踏面剝離鏇修補機3HXD3028809-5-8左右踏面剝離超限鏇修補機4HXD3029109-6-3右6軸輪對剝離鏇修補機5HXD3028909-7-1右6動輪剝離超限鏇修補機6HXD3033309-8-10右動輪剝離鏇修補機7HXD3028309-8-12M6動輪擦傷超限鏇修補機8HXD3051809-8-14左1輪對剝離超限鏇修補機9HXD3027809-8-181左右動輪剝離超限鏇輪補機10HXD3022009-8-211左右動輪踏面有一圈拉槽，運行中走行部異

4、音大鏇修補機11HXD3053509-8-311左右輪對擦傷鏇修補機12HXD3041809-9-31左右6左右動輪剝離鏇修補機13HXD3041409-10-10動輪1左,6左右剝離超限鏇修補機14HXD3050009-11-181左右動輪踏面擦傷到限鏇修補機15HXD3049909-11-181左右動輪踏面擦傷到限鏇修補機16HXD3011009-11-186左右動輪擦傷到限鏇修補機17HXD3059409-12-161、6輪對擦傷剝離嚴(yán)重鏇修補機18HXD3059410-1-201、6軸動輪擦傷鏇修1、6軸輪對，更換彈停雙向脈動閥、雙向節(jié)流閥及KP59繼電器補機19HXD3027210-

5、2-6M1、6動輪擦傷鏇修補機20HXD3059410-2-21右6輪緣剝離超限鏇修，切除電控裝置觀察運用補機21HXD3060010-2-241、6軸動輪輕微擦傷鏇修單機統(tǒng)計情況分析：（1）運用機車彈停裝置動作均導(dǎo)致1、6軸輪對同一位置擦傷，未及時發(fā)現(xiàn)長時間運用后造成區(qū)域性剝離，個別機車動輪剝離嚴(yán)重。如2009年12月16日HXD30594機車作為補機運用過程彈停裝置動作，乘務(wù)員未及時發(fā)現(xiàn)，機車1、6軸抱閘從廣元南站運行至代家壩站，導(dǎo)致輪對嚴(yán)重剝離（如圖1）。（2）HXD3型機車彈停裝置動作導(dǎo)致輪對擦傷問題主要是作為重聯(lián)補機運行時發(fā)生，當(dāng)補機停車制動動作后，壓力開關(guān)信號進(jìn)入TCMS后僅對補機

6、切除動力，所以司機一般發(fā)現(xiàn)較晚。圖1 HXD30594輪對剝離（3）機車回段檢查試驗，彈停裝置均作用正常。因無動作記錄，無法確定動作時間，無法判斷動作原因?qū)僭O(shè)備質(zhì)量問題、機車運行中由于電磁干擾誤動作還是人為誤操作造成。（4）輪對擦傷、剝離后均需對輪對進(jìn)行鏇修處理，按照HXD3型交流傳動電力機車運用保養(yǎng)說明書規(guī)定，車輪鏇輪后，同一軸兩車輪滾動圓直徑之差不大于0.5mm，同一轉(zhuǎn)向架不大于4mm。頻繁的非正常鏇修輪對，大大縮減了HXD3型機車輪對的使用壽命，增加了檢修成本和工作量。2 原因分析2.1 原理說明： 彈停裝置電氣控制原理（如圖2）：LED494440TCMS851852KP59圖2 彈簧

7、停車制動裝置電氣原理圖SA99：彈停扳鈕（制動）；SA100：彈停扳鈕（緩解）；B40.03.2：脈動電磁閥（動作）；B40.03.1：脈動電磁閥（緩解）；KP59：壓力開關(guān)；LED：停車制動燈SA99SA100機車彈停裝置的動作和緩解是通過機車司機臺下方的停放制動扳鈕（2位置自復(fù)式）控制，由TCMS通過440線獲取KP59壓力開關(guān)動作信號后以狀態(tài)顯示屏“停車制動”LED燈顯示彈停裝置狀態(tài)。當(dāng)停放制動扳鈕轉(zhuǎn)至“制動”位（SA99），制動屏柜B40模塊的脈動電磁閥（B40.03.2）動作排風(fēng)，KP59壓力開關(guān)監(jiān)測彈停制動管壓力達(dá)到3.5bar時動作，440線失電，TCMS切除機車動力，同時494

8、線得電，機車狀態(tài)顯示屏“停車制動”指示紅燈亮。當(dāng)停放制動扳鈕轉(zhuǎn)至“緩解”位（SA100），制動屏柜B40模塊的脈動電磁閥（B40.03.1）緩解充風(fēng)，KP59壓力開關(guān)監(jiān)測彈停制動管壓力達(dá)到4.7bar時動作，440線得電，TCMS恢復(fù)機車動力，同時494線失電，機車狀態(tài)顯示屏“停車制動”指示燈滅。 彈停裝置管路控制原理（如圖3）：A13A15.02作用.04.05.06K03B92B91.03緩解制動缸管彈停制動管.09A24.224.73.5圖3 彈簧停車制動裝置管路原理圖A13：彈停風(fēng)缸；A15：總風(fēng)缸；A24：總風(fēng)塞門；B91：制動指示牌；B92：彈停指示牌K03：壓力開關(guān)（3.54.7

9、bar）；B40.02：止回閥；B40.03：脈動閥；B40.04：雙向止回閥；B40.05：減壓閥；B40.06：彈停塞門；B40.10：縮堵；Z10.22：制動缸塞門B40：彈簧停車模塊.10HXD3型機車第一、第六軸上安裝有四個彈停裝置，機車制動屏柜安裝有彈簧停車制動裝置控制模塊（B40），此模塊接受司機控制指令，從而控制機車走行部彈簧停車制動缸壓力。當(dāng)彈簧停車制動缸中的空氣壓力達(dá)到470kpa以上時，彈停裝置緩解，允許機車行車；機車停車后，將彈簧停車制動缸中的壓力空氣排空，彈停裝置動作，閘瓦壓緊輪對，避免機車因重力或風(fēng)力的原因溜走。機車停車后通過操作司機室彈停扳鈕，可使彈停脈動閥（.0

10、3）中的作用閥得電，然后將彈簧停車制動缸中的壓力空氣通過彈停脈動閥（.03）排出，彈簧停車制動裝置作用。如果需要動車，通過操作司機室彈停扳鈕，可使彈停脈動閥（.03）中的緩解閥得電，總風(fēng)將通過上述通路進(jìn)入走行部的彈簧停車制動缸，使得彈簧停車制動缸緩解。彈簧停車制動缸緩解，具體通路：總風(fēng)缸止回閥（.02）彈停風(fēng)缸（A13）彈停脈動閥（.03）雙向止回閥（.04）減壓閥（.05）彈停塞門（.06）走行部彈停風(fēng)缸彈簧停車制動裝置作用后，機車制動缸作用時的工作狀態(tài)，具體通路：制動缸雙向止回閥（.04）減壓閥（.05）彈停塞門（.06）走行部的彈停風(fēng)缸制動缸風(fēng)壓進(jìn)入彈停制動缸后，可以緩解部分彈簧壓力，避

11、免停車后或機車運行時制動缸產(chǎn)生的壓力和彈停風(fēng)缸產(chǎn)生的彈簧壓力同時作用在制動盤上，造成制動盤的損傷。注：當(dāng)關(guān)閉彈停塞門（.06）后，彈簧停車裝置動作，如果要緩解彈停動作，必須在走行部的彈停風(fēng)缸上進(jìn)行手動緩解。2.2 存在問題： 彈停動作信號重聯(lián)不受控。HXD3型機車可通過TCMS（機車控制監(jiān)視系統(tǒng)），經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送信號，實現(xiàn)重聯(lián)機車網(wǎng)絡(luò)控制。而機車彈停裝置動作信號（440）僅可送入TCMS切除本臺機車動力，不能通過重聯(lián)線由TCMS實現(xiàn)重聯(lián)控制，同步切除多臺重聯(lián)機車動力，這是導(dǎo)致補機彈停裝置動作不能及時發(fā)現(xiàn)擦傷輪對的主要原因。 彈停動作無記錄，無法進(jìn)行原因分析。機車運用過程中，彈停裝置電磁閥因電磁干

12、擾動作或人為誤碰等均可導(dǎo)致彈停裝置動作，但機車彈停裝置進(jìn)行制動、緩解動作，TCMS無相關(guān)動作記錄。因彈停動作不影響機車總風(fēng)、閘缸、列管壓力變化，監(jiān)控裝置也無法查詢確認(rèn)動作情況，造成所有機車因彈停裝置動作導(dǎo)致輪對擦傷等嚴(yán)重問題發(fā)生后，無法進(jìn)行故障分析及質(zhì)量追溯，無法確定動作原因。 彈停指示牌（B92）不能準(zhǔn)確表示彈停裝置狀態(tài)（彈停制動缸狀態(tài)），僅可作參考。機車彈停制動缸制動狀態(tài)由彈停制動管壓力控制，彈停指示牌在風(fēng)壓的作用下機械式紅綠翻轉(zhuǎn)動作，誤差較大。實際運用中經(jīng)常處于半紅半綠狀態(tài)，無法準(zhǔn)確表示彈停裝置狀態(tài)。 彈停裝置制動和緩解時間無技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，時間差動車易導(dǎo)致起車后彈停裝置動作擦傷輪對。彈停制動

13、管的充排風(fēng)必須經(jīng)過縮堵（B40.10）和彈停脈動閥（B40.03），因彈停裝置電磁閥的縮堵孔徑不足1毫米，當(dāng)縮堵風(fēng)路不暢或脈動閥卡滯時，彈停風(fēng)缸充風(fēng)、排風(fēng)時間較長，彈停裝置動作時間延長。該動作時間無相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)試驗統(tǒng)計情況，從操作停車制動扳鈕，到操縱臺的“停車制動”紅燈亮或滅，80%的機車彈停動作時間在5S左右，個別機車最長動作時間可達(dá)30S。操作停車制動扳鈕后，脈動閥動作緩慢排風(fēng)，在機車彈停動作時間內(nèi)可正常起車，機車牽引力正常發(fā)揮。直至KP59壓力開關(guān)動作，440失電伴隨“停車制動”燈亮?xí)r，機車動力切除。此時因機車慣性運行易導(dǎo)致1、6軸抱閘運行擦傷輪對。 彈停裝置“隱性”動作不易發(fā)現(xiàn)，

14、重聯(lián)運行時補機易擦傷輪對。為防止制動缸、彈停裝置雙重作用時制動盤壓力過大導(dǎo)致制動盤損壞，彈停裝置管路系統(tǒng)安裝有雙向止回閥（B40.04）。當(dāng)操縱機車EBV閘缸壓力超過350kpa時，操作停車制動扳鈕“制動”，彈停脈動閥（B40.03）動作排風(fēng)，彈停制動管壓力減至350kpa以下，彈停指示牌顯示半紅半綠。因雙向止回閥（B40.04）的作用，KP59壓力開關(guān)不動作，狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈不亮，但實際上彈停裝置已“隱性”動作。此時操縱機車EBV緩解閘缸壓力低于350kpa時，在雙向止回閥（B40.04）的作用下，KP59壓力開關(guān)動作，狀態(tài)顯示屏“停車制動”紅燈亮。重聯(lián)機車采用自閥制動防溜時，補機彈

15、停裝置動作不能通過狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈顯發(fā)現(xiàn)，開車時緩解自閥后，補機彈停裝置KP59壓力開關(guān)動作，440失電伴隨“停車制動”燈亮，切除動力。如不注意觀察機車牽引力和列車阻力狀況繼續(xù)運行，因補機1、6軸制動缸抱閘將導(dǎo)致補機1、6軸輪對嚴(yán)重擦傷、剝離。 機車無彈停風(fēng)缸壓力顯示，無法實時監(jiān)測彈停裝置狀態(tài)。HXD3型機車僅在制動屏柜上設(shè)有B40.09彈停風(fēng)缸壓力測試孔，其它無任何壓力監(jiān)測。機車彈停裝置故障后，無法準(zhǔn)確判斷彈停裝置和制動缸作用狀態(tài)，給故障排查和處理帶來不便。3 對策及建議：3.1 設(shè)計方面： 增加機車彈停裝置重聯(lián)控制功能?？赏ㄟ^重聯(lián)線纜的備用線實現(xiàn)，改進(jìn)原理如圖4。重聯(lián)牽引狀態(tài)時，單

16、臺機車如產(chǎn)生彈停動作，動作信號（440）送入本臺機車TCMS產(chǎn)生動力切除，同時通過重聯(lián)線纜送入重聯(lián)機車TCMS，且重聯(lián)機車440失電動作，同步切除機車動力。緩解操作時作用原理同上，以達(dá)到重聯(lián)控制功能。此時任一重聯(lián)機車狀態(tài)顯示屏的“停車制動”燈顯可表示重聯(lián)機車彈停裝置作用狀態(tài)，有效防止重聯(lián)運行時單臺機車彈停動作后導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)繼續(xù)運用擦傷輪對。彈停裝置重聯(lián)控制接線如表1。TCMS補機TCMS本機重聯(lián)線纜440信號440KP59440KP59LEDLED圖4 彈簧停車制動裝置重聯(lián)控制改造原理圖表1：彈停裝置重聯(lián)控制接線表起 點終 點線 號TB2-15（插芯號）CZ1（CZ3）C（插芯號）440C

17、Z2（CZ3）C（插芯號）3.1.2 改進(jìn)機車控制系統(tǒng)，防止運用機車彈停誤動作?？杉友b彈停裝置控制系統(tǒng)，從TCMS獲取速度信號，以V=0作為彈停裝置動作的必要條件。如V0，則自動隔離停車制動扳鈕和B40模塊彈停電氣控制作用，從根本上解決運用機車彈停裝置動作問題發(fā)生。3.1.3 修改TCMS程序，增加彈停裝置動作記錄功能，以準(zhǔn)確記錄彈停裝置制動、緩解時間，便于彈停裝置故障的分析和質(zhì)量追溯。3.1.4 從制動屏柜B40模塊的.09彈停壓力測試孔接線，加裝機車彈停風(fēng)缸壓力表，以便實時監(jiān)測彈停風(fēng)缸壓力，準(zhǔn)確判斷彈停裝置和制動缸作用狀態(tài)。3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面：建議設(shè)計廠方進(jìn)行調(diào)研，明確機車彈停裝置動作時

18、間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各機務(wù)段可參照該標(biāo)準(zhǔn)納入HXD3型機車彈簧停車制動裝置試驗標(biāo)準(zhǔn)，及時處理B40.10縮堵過風(fēng)不暢和B40.03脈動閥卡滯問題，保障機車運用安全。3.3 運用操縱方面： 確定彈停裝置狀態(tài)檢查標(biāo)準(zhǔn)。（1）機車彈停指示牌僅作為機車彈停裝置狀態(tài)的參考指示，不能作為檢查標(biāo)準(zhǔn)。（2）機車運用過程中，閘缸壓力在350kpa以下，彈停裝置狀態(tài)判斷以狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈顯為準(zhǔn)?！巴＼囍苿印奔t燈亮，表示彈停裝置處于制動狀態(tài)；“停車制動”燈滅，表示彈停裝置處于緩解狀態(tài)。閘缸壓力在350kpa以上時，彈停裝置狀態(tài)無法判斷。（3）備用及無火回送機車，彈停裝置狀態(tài)判斷以走行部制動盤狀態(tài)檢查為準(zhǔn)。如需緩解，可通過手拉彈簧停放制動器的手動輔助緩解結(jié)構(gòu)或按壓制動屏柜的B40.03脈動閥緩解柱塞解除制動器制動力。 確定彈停裝置試驗標(biāo)準(zhǔn)。HXD3型機車交驗程序和乘務(wù)員接車試驗程序均增加和明確了彈停裝置試驗標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)試驗統(tǒng)計情況，暫定總風(fēng)缸壓力900kpa時，彈停裝置制動、緩解時間